城市綠化植物滯塵效益及滯塵影響因素研究概述

廖莉團，蘇 欣，李小龍，馬 娜，王夢迪，周蘊薇

(東北林業大學 園林學院，哈爾濱 150040)

隨著城市化進程的不斷深化，城市大氣環境問題日益突出。由固體顆粒物形成的粉塵污染成為城市大氣污染最嚴峻的問題。這些粉塵含有重金屬，同時攜帶細菌、病毒和致癌物質等，對人的身心健康造成很大的影響[1]。城市綠地是城市生態環境的重要構成部分，主要由一定覆蓋率的喬灌木及一些地被植物構成。園林植物作為改善城市環境的主體，在阻滯粉塵、改善空氣質量中起著不可替代的作用[2]。選擇滯塵量大、對粉塵抗性強的樹種作為城市綠化植物是緩解城市大氣粉塵污染、提高城市空氣質量的重要手段。植物滯塵能力應該作為選擇城市綠地植物的重要指標。

自從20世紀30年代認識到樹木存在一定的滯塵作用以來，國內外學者通過大量的研究證實了樹木滯塵的有效性及樹種間滯塵效果存在顯著差異[3]，同時對樹木滯塵量與制約因子[4-6]、粉塵對植物的影響[3]以及葉面塵分布特征[7]等方面進行了大量研究，認為植物滯塵是一種復雜的動態過程，葉片特性、樹冠枝葉結構密度、葉面傾角以及氣象條件等因素能夠影響植物滯塵效益。這些研究為篩選優良滯塵樹種提供了科學依據。從研究方法上看，多采用稱重法測定植物的滯塵量，也有一些學者借助鼓風機、顯微鏡、TSP采樣器等儀器直接或間接測定園林植被的滯塵能力[8]。本文從城市植物滯塵量、植物滯塵時空變化規律以及植物滯塵影響因素3個方面綜述城市植物滯塵研究進展，分析了目前研究的重點難點，為以后進一步研究提供參考依據。

1 植物滯塵量的研究

1.1 不同植物種類滯塵量的研究

不同植物種類的滯塵量差異非常顯著，無論是喬木、灌木還是藤本、地被，其滯塵能力相差甚遠。胡舒對徐州市主要落葉綠化樹種的滯塵能力做了研究，結果表明，在所調查的綠化樹種中，滯塵能力最強的樹種與最弱的樹種間相差達2～4倍以上[9]。李海梅[10]，江勝利[11]，柴一新[3]等的實驗也得出了相似的結論。劉璐的研究結果中滯塵量最大的芒果與最小的桃花心木的滯塵量相差高達27倍[6]，這可能與樹種差異、實驗所處季節及樹木生長環境差異有關，具體原因有待進一步研究。

城市綠化樹種按園林樹木的生長類型可以分為針葉樹類、闊葉喬木(大喬 中喬 小喬)、闊葉灌木、藤本、匍匐等。江勝利的研究結果顯示喬木的平均單位葉面積滯塵量為0.4 289 g/m2，灌木、草本的依次為1.5 099 g/m2，0.5 337 g/m2，即灌木最大，草本植物次之，喬木最小[11]。王慧在實驗中得出灌木的單位面積滯塵量最大，其次為闊葉喬木、草本植物的結論[12]。史曉麗[13]，楊瑞卿[14]等都得出類似的結論。而康博文等人對陜西常見園林樹木進行滯塵量研究，結果顯示喬木滯塵能力一般較灌木強，落葉喬木滯塵能力比針葉樹強[15]。馮朝陽等通過實驗卻得出不同的結果：落葉闊葉喬木林的滯塵能力略高于灌木林，常綠喬木林的滯塵能力高于草地[16]。喬木葉片主要滯留的塵埃為揚塵，而灌木則以滯留降塵為主，常綠喬木的滯塵時間是綠化植物中最長的，綠量也高于落葉喬木，所以滯塵總量上也要高于其他樹種[17]。由于灌木的高度比喬木矮，所以可以更好地阻擋來自地面揚起的塵埃。針葉樹木與闊葉樹木相比，由于葉形不同滯塵效益也會形成很大的差異，闊葉樹木的葉片葉面積大，葉片平展，更易于阻滯塵埃，針葉樹木的葉片葉面積小，不利于阻滯塵埃。柴一新的研究結果表明，常綠針葉樹種中的杜松、紅皮云杉以及落葉闊葉樹種中的銀中楊、金銀忍冬、山桃稠李是優良的滯塵樹種[3]。針葉樹種的葉片中針葉與鱗片葉的滯塵量也有顯著差異。楊士軍的研究中，側柏的滯塵量遠大于雪松，原因可能是鱗片葉間有縫隙，易聚積灰塵[16]。

1.2 植物群落滯塵量的研究

植物群落是構成城市綠地的基本單位，是城市綠地生態功能的基礎。王建輝等人在比較研究植物群落滯塵能力差異時選擇經典的常綠闊葉林、落葉闊葉林、混交林以及針葉林4種群落類型作為研究對象，結果顯示滯塵量最大的是常綠葉林、其次是混交林、最小的是落葉闊葉林和針葉林，其中針葉林和落葉闊葉林滯塵量相當接近。在綠量的比較中落葉闊葉林、混交林之間沒有多大的差異，而常綠闊葉林、針葉林與前兩者差別很明顯，其中常綠闊葉林最高，針葉林最低，常綠闊葉林的綠量和滯塵效益在四者當中是較好的[17]。

群落的結構組成對群落的生態效益影響很大。研究表明，喬灌草搭配的植物群落結構滯塵量最大，喬草型其次，最差為灌草型。張新獻等在北京方莊小區的研究中，針對3種不同結構綠地的滯塵效益做了研究比較，結果表明，喬灌草型滯塵率最高，灌草型次之，草坪較差[18]。不僅如此，劉學全等在宜昌市城區的研究也表明，具有喬灌草立體結構的綠地類型滯塵效果最佳，結構單一、立體綠量較少的草坪類型滯塵率較低[19]。同時，群落結構中的樹種組成是群落滯塵效益大小的關鍵，選擇滯塵能力強的優勢種是提高群落滯塵效益的基礎。

總的來說，在進行城市綠地建設時可以選用滯塵量大的植物、采用喬灌草結合的模式構成多層次的群落結構，構建一個觀賞性高、滯塵能力強的植物群落。

2 城市植物滯塵效益時空變化規律

2.1 植物滯塵時間變化規律

植物滯塵量隨著時間和空間的改變而改變。一天中植物滯塵量會發生變化。高金輝的研究得出，在一天中白皮松的滯塵量不是在一天中持續增加的，而是在一定的時間內發生著動態變化，8：00和12：00左右滯塵量最大，在10：00和16：00滯塵量相對較小。主要是因為春天北京風較大，導致滯塵量沒有隨著時間的延續而積累[20]。江勝利在研究杭州樹種時，也得到相同的結論，但是香樟在一天中滯塵量變化很小，這與實驗中香樟處于一個相對穩定的外界環境有關[11]。史曉麗在測定北京行道樹種國槐的滯塵量的實驗中顯示，在3周的時間內(未降雨)滯塵量隨著時間的遞增不斷增加[13]，但每周滯塵的增加量逐漸減少，當國槐滯塵量趨于飽和時，滯塵量便不再增加或增加幅度很小，粉塵保留一段時間將會被雨水沖刷掉，使植物重新恢復吸附粉塵的能力。以上實驗研究表明環境因素的改變會破壞植物最大滯塵平衡，植物滯塵量不是線性增加，而是隨著時間的增加增幅逐漸減小，達到飽和滯塵量后變化很小，直到大雨過后植物葉片再重新滯塵，這說明植物滯塵日動態變化過程是一個復雜的動態平衡的過程。

不同季節植物滯塵量也存在一定的變化規律。李玉琛的研究表明，植物不同季節滯塵量存在差異，冬季和秋季含量相對較高，春季和夏季相對較低[21]。江勝利在研究季節與植物滯塵的關系后，經比較得出香樟四季的滯塵量順序為：冬>秋>夏>春，黃山欒樹、銀杏、懸鈴木、無患子、楓香和鵝掌楸的四季滯塵量順序均為冬季>秋季>夏季，均反映出冬季的滯塵量最大[11]。劉慧民等對哈爾濱地區植物滯塵效益的研究也得出了這樣的結論[22]。由此可見，大部分植物的滯塵量季節動態規律是秋冬季較高，夏季較低，這與大氣污染的季節動態存在明顯的相關性。這種相關性主要由冬季供暖，大量煤炭燃燒導致煙塵的大量增加導致。植物秋冬季節滯塵量的增加并不意味著植物秋冬滯塵能力的增強。一般來說夏季植物的滯塵能力是最強的[22]，因為此時的植物葉片伸展，水分充足，分泌的粘液也多，滯塵能力也就相對較強。由此，可以推斷，植物的滯塵是一個處于動態平衡的狀態，而打破這種平衡的因素主要為空氣流動和降雨等。總之，植物葉片滯塵是一個復雜的動態過程。

2.2 植物滯塵空間變化規律

在空間變化上，不同高度的葉片，不同地理位置(工廠，企業，家屬區等)的植物滯塵量不同。植物的高度和所在環境在一定程度上決定滯塵量的多少，多數植物在距離污染源近以及在植物下段滯塵量最大。對于植物本身，在距離地面較近的中下部能夠接觸到較多的粉塵和汽車尾氣，所以植株中下部的滯塵量會多于上部。高金暉分別對開敞式和封閉式兩種道路環境做了植物滯塵量的研究，開敞式環境條件下同一株植物在距地面60 cm處的滯塵量大于在110 cm和175 cm處的滯塵量，而距地面110 cm和175 cm處的滯塵量則差別不大[20]。俞學如通過研究灌木和喬木滯塵量與植物高度的關系得出：植物越低矮處的滯塵量越大且變化越大。他的研究表明8種喬木在高度上反應出0～3 m處滯塵量大而且變化量也大，在3～7 m處滯塵量變小且變化量也較小。灌木也表現出同樣的特征[23]。這主要是由車輛行人造成路面二次揚塵導致的。另外大顆粒的粉塵在沒有外界條件(大風等)的作用下也很難遷移到植物的“高”位。

不同地理區域的植物滯塵也有一定的規律。王建輝在對同種植物在4種環境(街道綠地，居住區，新興區，凈化對照區)的滯塵能力分析，得出隨著環境開放程度的提高，植物的滯塵量隨之上升，但并不成特定的規律性，原因是植物外部特征、葉表結構差異導致其滯塵能力不同。于志會等對吉林省不同環境下植物的滯塵能力的研究得出，同種植物在水泥廠環境下的滯塵量遠高于在江南公園的滯塵量[24]。戴斯迪等的研究結果顯示不同類型道路下行道樹國槐滯塵量存在差異，葉面滯塵量快速路>主干路>次干路>支路[7]。史曉麗研究道路旁的國槐3周的滯塵總量為11.54g/m，而在對照校園內的國槐滯塵總量僅為6.7g/m，也得出植物滯塵量隨著環境中粉塵含量的增多而增大的結論[13]。俞學如[23]，程政紅[25]，李海梅[10]等也得出了類似的結果。

3 植物滯塵影響因素

3.1 植物葉片特性差異與滯塵量關系的研究

不同樹種的滯塵能力存在顯著差異與植物的滯塵方式及其作用機理有關。余海龍、黃菊瑩和高君亮等的研究得出，城市綠地植物個體間滯塵效果差異較大，引起植物個體滯塵效果差異顯著的原因是植物葉片特性的差異，如葉片大小、葉片形狀、葉面質地等，其中葉面質地所起的作用最為明顯[26]。葉片狹小、較光滑柔軟的樹種，如柳樹、白蠟、刺槐、銀杏等的滯塵能力比葉片寬大、較平展且硬挺的樹種，如臭椿、衛茅、紅葉李、毛白楊、核桃等的滯塵能力弱[27]。植物葉片的葉表結構具有表面多皺、表面粗糙、葉面多絨毛、分泌黏性的油脂和汁液等特點的樹種滯塵能力較強。大葉黃楊是目前城市常用綠籬樹種，其葉片表面平滑、具厚層臘質、氣孔凹陷，具備抵抗機動車排放污染的植被特征[28]。紅葉葉面粗糙，銀杏葉面具有溝狀結構，因此滯塵能力強；香樟葉面光滑，相應其滯塵能力弱[29]。同時植物滯塵量差異還與滯塵方式有關。葉片的滯塵方式有停著、附著和黏著[6]。停著的粉塵易被風吹走，附著的粉塵經較大的風或雨淋亦可被帶走，粘著的粉塵要在大雨沖擊下才被部分清洗[30]。

3.2 樹冠大小、結構、枝葉密度和葉面傾角差異

植物樹冠大小、結構、枝葉密度和葉面傾角的差異能夠影響植物對大氣顆粒物的滯留能力。高君亮和張景波的研究結果認為，樹冠結構、枝條密度、葉面傾角及葉片的形態結構特征等決定了植物滯塵能力的差異[22]。洋白蠟小枝開張度大，樹冠大，因此其滯塵量最大。國槐與香花槐葉面平滑，比較柔軟，但是枝冠層結構緊密且枝條與羽狀復葉比較密集，也能滯留一定量的粉塵。樹冠較大枝葉茂密的植株總體上比樹冠較小的植株滯塵能力高。俞學如通過對法國冬青4個葉片著生角度范圍的研究發現，60℃到90℃最大，30℃到60℃范圍內的滯塵量最小[23]。

3.3 氣象因素的影響

氣象因素也會影響植物滯塵量，降水、大風和污染程度等天氣因素是影響植物葉片滯塵量的主要外界因素。此外，有研究表明陰天顆粒物的濃度比晴天高45%。在刮風下雨等環境中，植物葉片以葉表分泌物黏附或以葉表溝壑等滯著兩種種方式滯塵，其滯塵能力波動較小。在王蕾、哈斯等人的研究中發現，云杉氣孔周圍較寬的凹槽利于滯留較大顆粒物，能夠有效捕獲沙塵，外來沙塵入侵時顆粒物附著密度迅速增加，在隨后的大風狀況下降低較少[31-32]。

4 研究展望

通過以上綜述，目前城市綠地植物個體和群落滯塵效益、滯塵規律及滯塵影響因素等方面的研究已經取得很大進展，但植物滯塵試驗方法及技術、植物滯塵評價標準等方面還存在一些問題，植物滯塵機理、地被植物及垂直綠化植物等的滯塵能力方面還有待進一步深入研究。

目前國內多采用重量法對植物的滯塵量進行測定，具體方法是選擇數個采樣點，雨后一定間隔期進行采樣，采回葉片后洗脫葉片滯留的粉塵，將濁液于燒杯中蒸干或用濾紙過濾后蒸干，稱量蒸干前后燒杯或濾紙的重量差值、測量葉面積，重量差與葉面積比作為滯塵量。但在所引證的文獻中滯塵量測定在間隔時間、洗脫方式、蒸干條件以及葉面積測定等方面很少完全一致，造成實驗可比性低，因此應盡快形成統一的植物滯量的測定方法。

植物在一定的滯塵條件的生長其實是受到外界不利環境影響的一個過程，當粉塵污染影響植物正常的生長發育時，即使植物能夠阻滯大量的粉塵也不能稱其有較強的滯塵能力，也就是說植物的滯塵量并不能完全代表植物的滯塵能力。目前已經有學者對粉塵條件下植物生理指標及葉表形態做了一定的研究，今后可以從生長指標、生理指標、解剖學指標等多個方面對植物粉塵抗性進行研究，從植物的滯塵能力及植物對粉塵的響應兩個方面綜合評價植物的滯塵能力，形成統一的植物滯塵能力評價標準。

喬灌木是城市綠地發揮生態效益的主體，喬木葉片主要滯留的塵埃為揚塵，灌木則以滯留降塵為主，現階段植物滯塵的研究多集中于喬灌木，對地被植物及垂直綠化植物滯塵的研究還比較少。事實上，地被植物不僅能夠固定地表塵土，而且可以防止出現二次揚塵。因此，未來可以對地被植物、垂直綠化植物及模紋花壇的滯塵效益等方面進行研究。

植物滯塵的時空變化差異較大，滯塵過程復雜，因此可以通過長期監測城市綠化植物滯塵量變化及大氣顆粒物粒徑和化學組成來研究城市大氣顆粒物遷移動態和植物滯塵機理，為研究城市大氣污染機制及治理措施提供理論依據。

總之，在植物滯塵效益方面開展更加系統全面的研究對改善城市大氣環境具有重要意義。植物滯塵試驗方法及技術的改進、植物滯塵準確統一的評價標準的建立、滯塵效益研究對象的擴展及植物滯塵機理的研究將成為今后城市植物滯塵的主要研究方向。同時，在城市綠地規劃建設中應選擇滯塵能力強的樹種和植物配置，為改善城市生態環境服務。

【參 考 文 獻】

[1] Brook R D，Rajagopalan S，Pope C A，et al.Particulate matter air pollution and cardiovascular disease an update to the scientific statement from the American heart association[J].Circulation，2010，121(21)：2331-2378.

[2] 趙松婷，李延明，李新宇，等.園林植物滯塵規律研究進展[J].北京園林，2013，01：25-30.

[3] 柴一新，祝 寧，韓煥金.城市綠化樹種的滯塵效應——以哈爾濱市為例[J].應用生態學報，2002，09：1121-1126.

[4] Kretinin V M，Selyanina Z M.Dust retention by tree and shrub leaves and its accumulation in light chestnut soils under forest shelterbelts[J].Eurasian Soil Science，2006，39(3)：334-338.

[5] Prajapati S K，Tripathi B D.Seasonal variation of leaf dust accumulation and pigment content in plant species exposed to urban particulates pollution[J].Journal of Environmental Quality，2008，37(3)：865-870.

[6] 劉 璐，管東生，陳永勤.廣州市常見行道樹種葉片表面形態與滯塵能力[J].生態學報，2013，08：2604-2614.

[7] 戴斯迪，馬克明，寶 樂.北京城區行道樹國槐葉面塵分布及重金屬污染特征[J].生態學報，2012，16：5095-5102.

[8] 粟志峰，劉 艷，彭倩芳.不同綠地類型在城市中的滯塵作用研究[J].干旱環境監測，2002(9)：162-163.

[9] 胡 舒，肖 昕，賈含帥，等.徐州市主要落葉綠化樹種滯塵能力比較與分析[J].中國農學通報，2012(16)：95-98.

[10] 李海梅，劉 霞.青島市城陽區主要園林樹種葉片表皮形態與滯塵量的關系[J].生態學雜志，2008(10)：1659-1662.

[11] 江勝利.杭州地區常見園林綠化植物滯塵能力研究[D].浙江：浙江農林大學，2012.

[12] 王 慧，郭晉平，王智敏，等.公路綠化主要樹種滯塵潛力模擬試驗研究[J].山西林業科技，2011(02)：13-16，24.

[13] 史曉麗.北京市行道樹固碳釋氧滯塵效益的初步研究[D].北京：北京林業大學，2010.

[14] 楊瑞卿，肖 揚.徐州市主要園林植物滯塵能力的初步研究[J].安徽農業科學，2008(20)：8576-8578.

[15] 康博文，劉建軍，王得祥，等.陜西20種主要綠化樹種滯塵能力的研究[J].陜西林業科技，2003(4)：54-56.

[16] 蘇俊霞，靳紹軍，閆金廣，等.山西師范大學校園主要綠化植物滯塵能力的研究[J].山西師范大學學報(自然科學版)，2006，02：85-88.

[17] 楊士軍，羅峙淳，李科煌.不同植物滯塵能力的初步研究[J].上海環境科學，2005，01：43-4.

[18] 張新獻，古潤澤，陳自新，等.北京城市居住區綠地的滯塵效益[J].北京林業大學學報，1997，04：14-19.

[19] 劉學全，唐萬鵬，周志翔，等.宜昌市城區不同綠地類型環境效應[J].東北林業大學學報，2004，05：53-54+83.

[20] 高金暉.北京市主要植物種滯塵影響機制及其效果研究[D].北京：北京林業大學，2007.

[21] 李玉琛.濟青高速公路淄博段生態防護帶的環境功能與效應[D].江蘇：南京林業大學，2005.

[22] 劉慧民，王大慶，車艷雙，等.哈爾濱市街道綠化的生態效應[J].生態學雜志，2008，06：894-902.

[23] 俞學如.南京市主要綠化樹種葉面滯塵特征及其與葉面結構的關系[D].江蘇：南京林業大學，2008.

[24] 于志會，趙紅艷，楊波.吉林市常見園林植物滯塵能力研究[J].江蘇農業科學，2012，06：173-175.

[25] 程政紅，吳際友，劉云國，等.岳陽市主要綠化樹種滯塵效應研究[J].中國城市林業，2004，02：37-40.

[26] 高君亮，張景波，孫 非，等.內蒙古磴口縣10種園林綠化樹種滯塵能力研究[J].干旱區資源與環境，2013，08：176-180.

[27] 張秀梅，李景平.城市污染環境中適生樹種滯塵能力研究[J].環境科學動態，2001，02：27-30.

[28] 王贊紅，李紀標.城市街道常綠灌木植物葉片滯塵能力及滯塵顆粒物形態[J].生態環境 2006，15(2)：327-330.

[29] 方 穎，張金池，王玉華.南京市主要綠化樹種對大氣固體懸浮物凈化能力及規律研究[J].生態與農村環境學報，2007，23(2)：36-40.

[30] 郭 偉，申屠雅瑾，鄭述強，等.城市綠地滯塵作用機理和規律的研究進展[J].生態環境學報 2010，19(6)：1465-1470.

[31] 王 蕾，哈 斯，劉連友.北京市春季天氣狀況對針葉樹葉面顆粒物附著密度的影響[J].生態學雜志2006，25(8)：998-1002.

[32] 徐銘焓，周舒宇，余愛華，等.耐城市空氣污染植物研究進展[J].森林工程，2013，29(5)：49-51.